Hidraulikavezérlés Parker megoldásokkal: szivattyúhajtások, pozicionálás és energiamegtakarítás

Az iparban továbbra is a hidraulika mozgatja a legnagyobb terheket — préseket, nyomásos öntő- és fröccsöntőgépeket, szerszámgépeket, próbapadokat. Ami megváltozott, az a körülötte lévő vezérlés. Az egész nap teljes fordulaton járó szivattyú és a végálláskapcsolókkal pozicionált henger energiát, időt és anyagot pazarol. Modern elektronikával ugyanaz a hidraulikus rendszer a milliméter törtrészére pozicionál, pontosan tartja a nyomást, és csak annyi teljesítményt vesz fel, amennyire a folyamatnak valóban szüksége van. Ez a cikk bemutatja, hogyan oldja meg ezt a Parker két szinten — a szivattyúnál és a tengelynél —, és hogy kínálatunkból mely termékekre van szüksége az egyes feladatokhoz.

Két pont, ahol a hidraulika okosabbá válik

Minden hidraulikus gépnek van egy energiaforrása (a szivattyú a motorjával) és vannak fogyasztói (szelepekkel mozgatott hengerek és hidromotorok). Az elektronikus szabályozás mindkét helyen megtérül:

• A szivattyúnál egy frekvenciaváltó úgy állítja be a szivattyú fordulatszámát, hogy az pontosan azt a térfogatáramot vagy nyomást szállítsa, amelyre a gépnek az adott pillanatban szüksége van — az állandó fordulatszámú szivattyú helyett, amelynek felesleges olaját fojtással hővé alakítják.
• A tengelynél egy szabályozó zárja a pozíció-, erő- vagy nyomásszabályozási kört minden hengernél, és másodpercenként több százszor vezérli az arányos vagy szervoszelepet.

A szivattyú: változtatható fordulatszám a Parker AC30V-vel

A Parker AC30V frekvenciaváltó egy külön hidraulikaszabályozó alkalmazást is futtathat (Parker RA502134U003 alkalmazás, 1.4.1-es vagy újabb firmware). Ekkor a frekvenciaváltó már nem csupán a motor fordulatszám-szabályozója — magának a hidraulikus tápegységnek a vezérlőjévé válik. A térfogatáramot L/min-ben, a nyomást kPa-ban, a szivattyú fajlagos szállítását liter/fordulatban kell megadni; a fordulatszámot a hajtás maga számítja ki. A tipikus hidraulikus köröket négy szabályozási mód fedi le:

• Akkumulátorszabályozás — az akkumulátort egy alsó és egy felső nyomáshatár között töltve tartja; a határértékek két nyomáskapcsolótól vagy egy nyomástávadótól származnak. Ha a nyomás csökken, a hajtás növeli a térfogatáramot (állítható Q-kompenzáció késleltetéssel, rámpával és maximummal).
• VFPC szabályozás (változó térfogatáram, nyomáskompenzált) — mechanikus nyomásszabályzóval ellátott szivattyúkhoz: a hajtás egy térfogatáram-érzékelőt követ, és állítható térfogatáram-tartalékot tart fenn, így a szivattyú csak olyan gyorsan forog, amilyen gyorsan szükséges.
• „Q” szabályozás — nyílt hurkú térfogatáram-vezérlés: a hajtás a kért térfogatáramot a fordulatonkénti szállítás alapján szivattyú-fordulatszámmá számítja át. Térfogatáram-érzékelőre nincs szükség.
• „P” szabályozás — zárt hurkú nyomásszabályozás PID-szabályozóval, nyomás-alapjellel és nyomástávadóval, a szivattyú statikus veszteségeinek, valamint mechanikai és volumetrikus hatásfokának kompenzálásával.

Az alkalmazás magáról a tápegységről is gondoskodik: az olajszint- és olajhőmérséklet-bemenetek állítható késleltetés után leállítják a hajtást, legfeljebb négy kitiltott frekvenciasáv tartja távol a szivattyút a mechanikai rezonanciától, a kijelző pedig mutatja a szivattyú fordulatszámát, terhelését, a térfogatáramot, a nyomást, a hidraulika állapotát és a felhasznált energiát kWh-ban. Az analóg kimenetek jelentik a gépvezérlésnek a szivattyú fordulatszám-alapjelét és terhelését; relék jelzik a „működik” és a „nincs hiba” állapotot.

Honnan származik az energiamegtakarítás

Az állandó fordulatszámú szivattyú akkor is teljes térfogatáramot szállít, amikor a gép várakozik, pozíciót tart, vagy csak a térfogatáram töredékére van szüksége. A felesleg nyomáshatároló vagy fojtószelepen keresztül visszafolyik a tartályba, és hővé alakul — amelyet aztán ismét el kell hűteni. A változtatható fordulatszámú szivattyúhajtás éppen ezekben a fázisokban csökkenti a fordulatszámot: tartáskor és üresjáratban a szivattyú lassan forog vagy áll, gyors löketnél felgyorsul. A gép ugyanazt a hidraulikus teljesítményt kapja kevesebb villamos energiával és kevesebb hővel az olajban. A megtakarítás mértéke a gép munkaciklusától függ: minél hosszabbak a szünetek és a részterheléses fázisok, annál nagyobb a hatás.

A tengely: zárt hurkú pozicionálás PAC120-szal és PACHC-vel

Magukhoz a hengerekhez a Parker moduláris rendszert kínál, amely a kapcsolószekrényben 35 mm-es DIN-sínre pattintható:

• PAC120 — a Parker Automation Controller hidraulikához. Kompakt vezérlő CODESYS V3.5 (IEC 61131-3) környezettel, valós idejű EtherCAT masterrel, webes vizualizációval és OPC UA-val, amely Linux RT alatt fut 1 GHz-es i.MX6 processzoron. A sor- vagy cellavezérléshez PROFINET IO/IRT slave-ként (PAC120-PWP01), EtherNet/IP adapterként (PAC120-PWE01) vagy EtherCAT slave-ként (PAC120-PWT01) csatlakozik; CAN-interfész is van a fedélzeten.
• PACHC — az elektrohidraulikus szabályozómodul: a kártya, amely a PAC120-at hidraulikus tengelyszabályozóvá teszi. Minden PACHC-460-01 1–2 hidraulikus tengelyt szabályoz pozícióra, erőre vagy nyomásra, beleértve a pozíció- és erőszabályozás közötti átváltást is, 250 µs szabályozási ciklusidővel. 4 analóg bemenete (0–10 V, opcionálisan 0/4–20 mA, 12 bit) van nyomás- és erőérzékelőkhöz, 4 analóg kimenete (±10 V, opcionálisan 0/4–20 mA, 16 bit) a szelepekhez, valamint digitális pozíció-visszacsatolása SSI, EnDat 2.1 és inkrementális jeladókhoz (RS422, 5/24 V).
• PACIO — a távoli I/O rendszer a gép többi részéhez: digitális és analóg be- és kimenetek, hőmérséklet- (Pt/Ni) és számlálómodulok, buszcsatolók és bővítők. A modulok ugyanazon az EtherCAT E-buszon osztoznak, így a helyi és az elosztott I/O a program számára ugyanúgy jelenik meg.

A modulokat egyszerűen a vezérlő mellé kell sorolni a sínen. Egy PAC120 legfeljebb 20 hidraulikus tengelyt szabályoz — PACHC modulonként kettőt. Egy PACIO bővítőmodulon keresztül a PAC120 további EtherCAT eszközöket is vezérelhet, például Parker hajtással működtetett szivattyút vagy EtherCAT szelepeket, így a szivattyú és a tengelyek egyetlen vezérlőről futnak.

Szoftver, amely lerövidíti az üzembe helyezést

A programozás egyetlen környezetben történik a logikához, az I/O-hoz, a vizualizációhoz és a mozgásvezérléshez. A Parker mozgásfunkció-könyvtárat és ingyenes alkalmazássablonokat biztosít — 2 tengely szinkronizálása, 4 tengely szinkronizálása, pozíció/erő átváltásos szabályozás és rekordtáblázat —, így a tipikus préselési és pozicionálási feladatokat nem kell a nulláról megírni. Az összes készülékparamétert hibabiztosan tárolja a flash memória. Siemens PLC-vel vezérelt gépekhez a Parker GSDML eszközleírást és funkcióblokkokat tesz közzé a TIA Portalhoz, így a PAC120 PROFINET eszközként illeszkedik a meglévő S7 architektúrába. A PAC120 ugyanilyen jól működhet önálló gépvezérlőként is.

Mit nyújt a tengelyszabályozó a gépnek

• rövidebb ciklusidők a gyors, pontos pozíciószabályozásnak köszönhetően a végálláskapcsolók és a lassú ráállási sebességek helyett
• nagyobb folyamatpontosság és ismételhetőség — pozíció, erő és nyomás zárt szabályozási körben
• kevesebb selejt, mert az erő és a pozíció minden ciklusban pontosan megismétlődik
• alacsonyabb energiafogyasztás és egyszerű kapcsolódás más rendszerekhez PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT, Modbus TCP és OPC UA révén

Tipikus alkalmazások

• hidraulikus prések — pozíciószabályozott préselés és erőszabályozott tartás átváltással
• nyomásos öntő- és fröccsöntőgépek
• szerszámgépek, befogó- és előtolótengelyek
• szinkronizált hengerek — 2 vagy 4 hidraulikus tengely szinkron mozgásban
• akkumulátoros hidraulikus tápegységek, ahol a szivattyúnak csak akkor kell járnia, amikor olajra van szükség

Melyik termék melyik feladatra

Árak, dokumentáció és segítség a választásban

Az itt említett összes termék megtalálható webáruházunkban listaárakkal, műszaki adatokkal és a teljes Parker dokumentációval — katalógusok, kezelési útmutatók, megfelelőségi nyilatkozatok, EPLAN makrók és, ahol a Parker közzéteszi, 3D adatok — a termék Dokumentáció fülén. Nem biztos benne, melyik kombináció illik a gépéhez? Küldje el nekünk a feladat rövid leírását, és segítünk kiválasztani a hajtást, a vezérlőt és a modulokat.

A cikkben szereplő termékek

• Parker AC30V frekvenciaváltók — szivattyúhajtások hidraulikaszabályozó alkalmazással
• Parker PAC120 automatizálási vezérlők — hidraulikus (PAC120-P…) és mozgásvezérlő (PAC120-M…) változatok
• Parker PACHC elektrohidraulikus szabályozómodul — modulonként 1–2 hidraulikus tengely
• Parker PACIO távoli I/O rendszer — buszcsatolók, bővítők, digitális, analóg, hőmérséklet- és számlálómodulok
• Parker PAC340 mozgásvezérlők — nagyobb gépekhez elektromos és hidraulikus tengelyekkel